興能電廠管狀皮帶排灰通道沉降觀測

耿高峰

(西山煤電股份公司鎮城底礦，山西 古交 030203)

1 觀測站建立的目的

南六采區是西山煤電股份公司鎮城底礦的主要銜接采區，作為主采煤層的2．3#煤層和8#煤層總煤量為5 412．2萬t，兩煤層服務年限共計約25年，經濟效益巨大。同時古交電廠在鎮城底礦南六采區上方建設矸石轉運站及皮帶走廊排灰通道，還有灰庫護壩等建構筑物。如果在這些建構筑物范圍內留設煤柱，面積為99萬m2，壓煤量為952萬t，煤炭資源損失嚴重。

為保證南六采區的順利開采和古交電廠排灰通道的正常運轉，鎮城底礦在22620工作面上方建立電廠排灰通道地表巖移觀測站。通過對排灰通道的現場實地觀測，取得本礦區的移動參數，分析觀測成果，掌握其移動規律，以便在電廠排灰支架出現裂縫和下沉后，及時采取措施進行修補、保護或進行抗變形預計，使皮帶走廊架子免受開采的有害影響。

2 觀測站周邊環境以及地質采礦條件

2．1 觀測站所處區域位置及地形情況

觀測站布點區域位于22620工作面上方，該工作面地表位于元家山村以東，王家坡村以南，雞兒溝西北部，蓋山厚度為333～478 m;井下位置屬于南六采區，北鄰760東一回風、皮帶、軌道大巷，南、東鄰礦界，西為未開采區。

礦井南六采區位于呂梁山脈中段的東翼，屬中低山區。區域內溝谷縱橫，切割劇烈，地形十分復雜。除排灰場外，其余均為新生界黃土層覆蓋。山頭及山脊處較為平緩，溝谷多呈“V”字型，兩側呈臺階狀。

2．2 管狀皮帶排灰通道實際情況

興能電廠管狀皮帶排灰通道從鎮城底礦22620工作面上方與工作面12°的方向斜交通過，皮帶在工作面中心部位支架G48距切眼距離約237 m，軌道順槽一側支架G43距切眼距離222 m，皮帶順槽一側支架G57距切眼距離282 m，自工作面邊界共有12個支架(G43～G57)處于采空區的正上方。

2．3 管狀皮帶排灰通道下部回采工作面情況

22620工作面所采煤層為2．3#煤層，煤層穩定，整體呈一向斜構造，軸向98°，煤層傾角2°～10°，平均為6°，底板標高753～807 m，地面標高1 140 ～1 231m，平均采深431 m，工作面走向長1 207 m，傾向寬為170 m，平均采厚3．37 m。工作面開采方式為走向長臂式開采，頂板管理為全部跨落法，屬于非充分采動。該工作面于2011年8月開始回采，2011年11月1日工作面在軌道順槽一側通過管狀皮帶，2011年11月21日工作面在皮帶順槽一側通過管狀皮帶。

3 觀測線和觀測點的布置情況

根據《煤礦測量規程》第257條：地表移動觀測站一般可設走向觀測線和傾斜觀測線各一條，設在移動盆地的主斷面位置。如回采工作面的走向長度大于(1．4·H0+50)m，亦可設置兩條傾斜觀測線，但至少應相距50 m，并且應距開切眼或停采線0．7H0以上。

此次在布置觀測線時，考慮到區內溝谷縱橫、地形復雜、埋點和觀測條件比較困難，應以管狀皮帶作為重點觀測目標，共布置傾斜觀測線2條，走向觀測線1條，管狀皮帶觀測線1條，控制點6個，觀測點52個;其中管狀皮帶觀測線布置觀測點20個，走向觀測線布置觀測點7個，傾斜觀測線兩條，共布置觀測點14個，離散觀測點16個。

4 觀測工作技術要求

4．1 控制點觀測精度要求

控制點按一級導線布設，測角中誤差為±5″。此次采用儀器DJ2索佳SET 230RK型全站儀，其特點是：跟蹤測距模式 ±(5+2 ×10－6×D，D 為平距)，精度達到1 mm，測距時間0．5 s，測距精度高，速度快;測角精度達到1″，從而保證了角度、距離的高精度測量。

4．2 觀測點觀測精度要求

在設站地區未受采動影響之前，獨立進行兩次全面觀測，兩次測得的同一高程不大于10 mm、同一邊的長度差不大于4 mm時，取平均值作為觀測站的原始觀測數據。

在地表穩定后，進行最后一次全面觀測，地表穩定的標志是：連續6個月觀測地表各點的累積下沉值均小于30 mm。

觀測方法和精度要求嚴格按照《煤礦測量規程》第262條和263條規定執行。平面測量采用支導線測量方法，按10"級導線精度要求，采用全站儀進行兩測回觀測。觀測點的距離觀測按四等光電測距邊的要求進行。

5 觀測資料成果的整理

按照《煤礦測量規程》第269條的規定：每次觀測工作結束后，應及時完成下列工作：

1)檢查外業手簿。

2)計算所有觀測點的高程。

3)計算相鄰點間的水平距離在觀測方向上的投影長度。

4)按觀測線計算各種移動與變形，包括各觀測點的下沉值W及水平移動值U;相鄰各點間的垂直變形(傾斜i與曲率k)與水平變形ε(拉伸與壓縮);測點的下沉速度Vw(可只計算個別觀測點)。

根據以上規定，管狀皮帶走廊每次野外手簿經過整理后，便計算各觀測點的坐標數據，隨后計算觀測線上各測點間的移動和變形。

6 觀測資料成果

管狀皮帶走廊觀測站從2011年10月15日在受影響區域開始布置變形觀測網，至2012年3月31日皮帶觀測點下沉速度均小于1．67mm/d(衰退期衡量值)，共觀測28次。

截至2012年3月31日，22620工作面從切眼推進了712 m，22620皮帶巷回采過皮帶走廊423 m，22620軌道巷回采過皮帶走廊490 m。從皮帶支架布置的觀測點數據來看，位于22620工作面范圍以外皮帶走廊左側的4個觀測點(G63～G57)和右側的5個觀測點(G42～G35)的平均累計下沉量分別為361．3 mm和196．8 mm。位于22620工作面范圍內的皮帶走廊的7個觀測點(G43～G55)累計下沉量已549～1 392 mm，平均累計下沉量為1 068．1 mm，累計水平移動量達到268．8～579 mm。其中，位于皮帶走廊觀測線中心的觀測點G50累計下沉量最大，達到1 392 mm;累計水平移動量最大的觀測點G46達到579 mm，累計下沉量最小的是G43，其累計下沉量為549 mm;累計水平移動量最小的G50為268．8 mm。

7 開采對皮帶的影響

1)經過28期的觀測，位于皮帶走廊觀測線中心的觀測點 G50的累計最大下沉量最大，達到1 392 mm。

2)從各期的觀測結果顯示，第15期皮帶走廊觀測線中心觀測點G50的下沉速度最大，達到45 mm/d，之后下沉速度逐漸減小。

3)軌道巷和皮帶巷內側支架受到最大傾斜變形，軌道巷一側出現在G42～G43之間，皮帶巷一側出現在G55～G57之間，最大傾斜值為6．3 mm/m。

4)工作面邊界外支架部位受到拉伸變形和正曲率變形，軌道巷一側出現在G38～G39之間，皮帶巷一側出現在G61～G63之間，最大拉伸變形達2．13 mm/m;工作面中心部位支架受到壓縮變形和負曲率變形的影響，出現在G48～G50之間，最大壓縮變形值達到5．18 mm/m。

8 采取的措施

由于采取了以下措施，鎮城底礦22620工作面開采對興能電廠管狀皮帶走廊的運營并未產生影響。

1)在支架周邊挖變形補償溝，減少了壓縮變形對支架的影響。

2)在支架上加軌枕支撐，抵消了不均勻沉陷變形。

3)解開支架固定螺栓，卸載地表沉陷引發的結構應力。

4)在支架側面加斜拉力，避免傾斜變形的影響。

9 結語

鎮城底礦22620工作面上方興能電廠管狀皮帶走廊巖移觀測站的建立，為該礦的開采沉陷尋找規律，并通過巖移觀測獲得的成果進一步指導以后的地表建筑物保護及煤柱留設，保護該礦區范圍內地表建筑物等免受開采的有害影響。同時，可對西山以及其他礦區的的開采沉陷提供經驗借鑒，為將來西山地區采煤沉陷控制提供技術支持。

［1］ 何國清．開采沉陷學［M］．徐州：中國礦業大學出版社1991：89－93．

［2］ 中華人民共和國能源部．煤礦測量規程［S］．北京：煤炭工業出版社，2000：73－79．